微机原理与应用自学课件 第一章

1 计算机基础
1.2 计算机中的数
数制
二进制(Binary) 只有0和1共两个数码 基数为2，加法计算时逢2进1 10110.11 = 124+023+122+121+020+12-1+12-2 = 22.75 任意一个二进制数N均可表示为
N [an 1 2n 1 an 2 2n 2 a0 20 a1 21 a2 22 a m 2 m ] m ai 2i i n 1
Biblioteka Baidu 二进制数易于电路表示、存储和运算，计算机都采用二进制数据。
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1.2 计算机中的数
数制
十六进制(Hexadecimal) 自0~9、A~F共有16个不同的数码 基数为16，逢16进位。 70F.B1 = 7162+0161+F160+B16-1+116-2＝1807.6914 任意一个十六进制数N均可表示为
1 计算机基础
1.1 概 述
微型机的发展趋势
发展高性能32位和64位微处理器； 发展专业化、高性能的单片机； 发展多微处理器微型计算机，进行并行计算； 发展微型计算机网络，实现分布式计算； 完善、优化和发展I/O接口及外设。
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1.1 概 述
计算机系统
硬件(CPU、存储器、I/O接口与显示器、键盘、打印机) 软件(系统与各种应用)而构成的系统
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1.1 概 述
微型机的分类
单片机：把CPU、存储器和I/O接口集成在一片IC中；特点：体积小、 功耗低，在智能化仪器仪表及自控领域内应用极广；除了指令系统外，没 有配备任何软件。 单板机：把CPU、存储器、I/O接口和简单的人机交互设备安装在一块 PCB上，配备有监控程序，用于操作单板机；特点：体积小，减小了硬件 设计工作，一般仅用于实验。 外延产品：嵌入式计算机。 个人计算机(PC)：将CPU、存储器、I/O接口和较完备的人机接口等装 配在一个主机箱内；特点：在硬件上有更完美的存储器系统(内存大、外 存丰富-硬盘、软驱)，有更完美的人机接口及外设，如键盘、显示器和打 印机等；在软件上，配备系统软件，也可选配各种应用软件。 外延产品：工业控制微型计算机，简称工控机。
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1.1 概 述
计算机及发展
发展趋势 大型及巨型化：解决天气预报、复杂数学运算等问题，需要计算机具有 极高的运算速度和极大的内存容量；但体积大、价格高，给普及应用带来 了极大的困难。 小型及微型化：用于一般工业、农业、航空航天和个人等广大领域。 网络化：微型计算机的功能已非常强大、且价格低，连接起来可以满足 人们对信息共享与交换的需求、进行分布式计算。 将来有取代大型和巨型计算机的趋势! 目前计算机的发展走向两个极端，一是大型及巨型化，二是小型及微型 化，网络化更是突飞猛进。同时，人们已经开始研究生物计算机。
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1.1 概 述
计算机的主要技术指标
一台计算机的性能是由系统结构、硬件组成、指令系统和软件配置及外 部设备等诸多因素决定的，不能仅凭一两项技术指标来衡量。 字长：计算机中作为整体处理和运算的若干位二进制数，是CPU一次能 够处理二进制数的位数。常用的字长有8、16、32和64位等，当然位数越 多、性能越高。人们通常将字长称为计算机的位数。 存储容量：表示计算机存储程序和数据的能力，容量越大存储能力越强 。通常以字节(Byte)为单位，1024(210)字节为1KB。 存取周期：表示计算机从存储器中读写一次数据所需的全部时间，时间 越短计算机性能越高。 运算速度：指计算机每秒钟所能执行的指令条数。但由于指令执行的时 间长短不一，就出现了不同的表示方法: 平均速度 每秒钟执行加法指令的数量 CPU主频及机器周期
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1.1 概 述
微型计算机的结构
总线(Bus)：公用的标准通信信道，将计算机各部分连接在一起。 地址总线AB(Adress Bus)：单向，是N条信号线的集合，用于选择某个 存储单元和I/O接口，数量(宽度N)决定了寻址范围：2N。 数据总线DB(Date Bus)：双向，是N条数据信号线的集合； 数量(宽度N)决定了一次传送数据的位数。 控制总线CB(Control Bus)：控制CPU、内存和I/O接口的信息交换。
Ch1 计算机基础
1.1 ◘ 1.2 ◘ 1.3 ◘ 1.4
◘
概 述 计算机中的数 二进制数运算 计算机中数与字符的编码
1 计算机基础
1.1 概 述
计算机及发展
计算机的定义 计算机是电子数字计算机的简称，它是一种高度自动化、能够进行算术运 算、逻辑判断、信息加工处理和记忆的机器，能模仿人类的思维活动、代 替人的部分脑力劳动，能对生产过程实施某种控制等。 计算机的特点 运算速度快：远高于人类和其它任何运算工具的运算速度。 运算精度高：理论上，可以进行任意位数的运算。 具有“记忆”能力：一些存储器掉电后仍然能保持数据不丢失 。 具有逻辑判断能力：借助于数理逻辑和布尔代数而具有“智能”。 自动化程度高：一旦为它配备了必备的硬件和软件，就可根据程序自动 完成规定的工作。 通用性强：科学计算、数据处理、仪器仪表、自动控制、通信、家用电 器和游戏娱乐，现代没有了它人们就要缺少很多东西!
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1.1 概 述
微型机的结构
存储器：内部存储器(内存) + 外部存储器(外存) 内存工作速度快、容量有限， 用于存储CPU将要执行的程序和处理的数据； 外存速度慢、容量大，用于库存程序和数据； 当CPU需要使用外存中的程序和数据时，执行程序装入内存。
外部设备(外设)：包括输入设备、输出设备和外存。
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1.1 概 述
计算机的工作原理
◘用眼睛(输入设备) 把指令代码逐条读入 她脑袋中； ◘把指令代码按照序 号记忆在脑细胞中 (存储器)，即按照地址有序地放在存储器中：(1000)=12、(1001)=63、... ； 这样有序排列的指令代码被称为程序； ◘ 启动大脑(控制器)从地址1000处取出第1条指令代码送给运算器； ◘ 运算器将代码翻译对应的功能(指令译码)，如举左手一次，和具体动作 指挥有关机构(微操作)将左手(输出设备)举起一次； ◘ 取出第2条指令代码，译码、微操作、设备输出； ◘ 取出第3条，...；如此不断地进行下去，连续不断、没完没了。 可见，计算机就像人们的大脑一样，俗称为电脑。
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1.1 概 述
计算机的组成
输入设备：用于把程序和数据等送入存储器中。 输出设备：用于输出计算机处理数据的结果。 存储器：用于存放程序和数据。 运算器：用于进行算术和逻辑等运算。 控制器：是计算机硬件系统的指挥中心，它从存储器中取出指令和数据 送给运算器进行执行和处理，指挥计算机有条不紊地工作。 中央处理器CPU (Central Processing Unit)：集成在一片集成电路中的 运算器和控制器。也叫微处理器MP (Micro Processor)，或写做µP ，或微 处理器单元MPU (Micro Processing Unit)。 这就是“冯.诺依曼”型计算机，即计算机通过执行存储器中的程序进 行工作。迄今为止，所有计算机都是这样组成的。
N [an 1 16n 1 an 2 16n 2 a0 160 a1 161 a2 162 a m 16 m ] m ai 16i i n 1
人们研究和使用二进制数的一种形式，可大大减轻阅读和书写二进制数的 负担。例如：1001 0011 1111 0010B = 93F2H。 为了便于人们阅读和计算机区分，必须给不同进制的数加上标记： 下标：[101]16，[101]10，[101]2。 字母后缀：101H，101D，101B。一般情况下常省略D
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1.1 概 述
微型机的发展过程
纵观其发展，至今大致历经了五代的演变： 第一代：1971~1972年，标志：Intel首先研制成功4位微处理器及MCS4微型计算机； 第二代：1973~1977年，Intel研制的8位微处理器8080及MCS-80微型 计算机、Motorola研制的8位微处理器6800、Zilog研制的8位微处理器Z80 ，Zilog和Intel研制的8位微处理器8085； 第三代：微处理器升级为16位，代表产品为Intel的8086、Zilog的 Z8000、Motorola的M68000，典型的微型机为IBM的PC-AT； 第四代：进入上世纪80年代，先后出现了80286、80386、80486和 80586等微处理器，字长由16位上升到32位； 第五代：1995年开始，标志是Intel出品的32位奔腾(Pentium)微处理器 ，操作系统由DOS变成了WINDOWS。 第三、第四代微型机的功能已非常强大，它们淘汰了小型计算机； 第五代功能更加强大，已经替代了中型计算机。
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1.2 计算机中的数
数制---是人们利用符号表示数据的一种科学方法
十进制(Decimal) 表示数据的基本符号：0～9共10个数码； 数据的运算中：逢十进位、借位； 任何一个数码的大小：与数码本身的值和在数据中的位置有关 数据333：哪一个3大？数据123.45中，3大还是2大？ 任何一个十进制数都可以幂级数形式表示： 123.45 = 1×102＋2×101＋3×100＋4×10-1＋5×10-2 102、101、100、10-1、10-2：指数---数码在数据中的位置 10---基数---十进制，基数i---权---与基数和位置(i)有关 任意一个十进制数N均可表示为
N [an 1 10n 1 an 2 10n 2 a0 100 a1 101 a2 102 a m 10 m ] m = ai 10i i n 1
i---位置，ai---第i位数码，n---整数部分的位数，m---小数部分的位数。
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1.1 概 述
计算机及发展
发展过程 电子管时代：1946~1957年，代表机型是ENIAC；特点：体积庞大、 运算速度很慢、存储器容量很小；但它奠定了计算机技术的基础。 半导体晶体管时代：1957~1964年，特征是：逻辑器件采用半导体晶体 管，存储器采用磁芯和磁盘；软件使用FORTRAN、COBOL等高级语言， 还出现了操作系统；代表机型有美国TX-10，国产108乙机。 与第一代相比，体积小、耗电少，运算速度、可靠性有所提高。 半导体集成电路时代：1964~1970年，特征是：逻辑器件采用集成电路 ，操作系统得到进一步完善，代表机型IBM360机、国产130机等。 性能上，比第二代提高了一个数量级，进入了实用时代。 大规模集成电路时代：第四代计算机开始于1971年，特征是：硬件， 包括存储器，使用大规模集成电路，软件更加完备；性能日益提高，代表 机型有470V/6、M-190等。 第四代又分为：巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机。
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1.1 概 述
微型计算机的结构
I/O(输入/输出)接口 连接CPU与外设，种类繁多。 从系统构成的角度 系统接口：微型计算机必不可少的组成部分 应用接口：相对系统接口而言的，但不是必须的； 从使用范围的角度 通用接口：可以供不同的外设使用 专用接口：专门用于某一特定外设的接口 从一次传送的数据量 并行接口：一次数据传送过程能够传送多个bit数据 串行接口：一次数据传送过程只能传送一个bit数据 从传送信息类型的角度 数字接口：仅能够处理数字量的接口 模拟接口：能够进行模拟和数字转换的接口